描述

無論是實驗室規模樣品制備、還是生產規模工藝過程，去除核酸都可以改善工藝流程，如蛋白純化、病毒載體制備、mNGS中樣品處理等過程。而核酸酶的選擇，就顯得特別重要。Heat Labile-Salt Active Nuclease (熱不穩定性耐高鹽核酸酶，HL-SAN) 是一種非特異性內切酶，在高鹽濃度下具有較佳活性；且該酶在多種緩沖液中都有活性，很容易通過還原劑處理而失活。這些特性使HL-SAN在需要去除DNA和RNA的應用中，更為適合。

核酸污染，特別是宿主基因組DNA污染，在幾乎所有工藝流程及生物制品的生產中，都是需要重點解決的問題。一方面，宿主DNA的存在，影響目標產物的純化及下游質量分析等。另一方面，宿主DNA殘留能引起機體嚴重的免疫反應，是生物制品的關鍵質量參數之一，FDA及NMPA等對Host Cell DNA (HCD)有嚴格的質控要求。

宿主基因組DNA中，組蛋白與DNA形成核小體，核小體緊密折疊形成結構復雜的染色質。組蛋白與DNA間存在強烈的離子作用及疏水作用，再加上特殊的結構，導致宿主DNA很難被準確檢測并清除。已有文獻表明，高鹽濃度下組蛋白與DNA解離相對*，這有利于宿主DNA的檢測及去除。但市售的絕大多數核酸酶在高鹽濃度下活性很弱，甚至*失活。而耐高鹽的HL-SAN成了這類應用的理想選擇。

高鹽濃度能夠提高去除效率

HL-SAN是一種新型的、耐高鹽的工程化內切酶。該酶在0.5 M NaCl條件下具有較佳活性，是去除宿主DNA污染的理想選擇。

鹽濃度是去除過程的重要參數之一。高鹽濃度下，宿主DNA與蛋白質能夠*解離，從而更容易被降解。

推薦應用

1. 病原微生物診斷應用，如宏基因組測序（mNGS）樣品去除宿主DNA；

2. 蛋白純化，特別是DNA結合蛋白；

3. 病毒載體制備，如腺相關病毒（AAV）、腺病毒（AdV）等；

4. 其他需要去除宿主DNA的應用等。

優勢

1. 高鹽條件下，DNA清除效率更高，宿主DNA殘留更少；

2. pI為9.6，容易跟絕大多數蛋白分離；

3. 還原劑存在時，酶易失活，減少對后續流程的影響。

使用指導

1. DNA去除方案

從細胞抽提物或細胞裂解液中去除DNA污染，HL-SAN的使用量受到多種因素影響，如細胞類型、裂解液組成、NaCl濃度、Mg2+濃度、裂解液pH等。參考方案見Figure 1。比如，對于1ml細胞裂解樣品，調整到0.3-0.75 M NaCl濃度，加入1000 U HL-SAN，15℃-37℃溫度條件下孵育30-60min，或者4℃過夜。Mg2+是必須的。

Figure 1. 不同樣品、不同去除要求下，HL-SAN的推薦濃度及反應條件。（DNA removal的要求是指通過瓊脂糖凝膠電泳看不到條帶。Decontamination的去除要求是對23S rDNA進行qPCR檢測為陰性。）

2. 滅活

滅活是通過添加還原劑（TCEP或DTT）來實現的，推薦用TCEP（因為TCEP在磷酸鹽溶液中不穩定，特別在中性pH下）。不同工藝流程中，通過改變孵育時間、溫度和還原劑的濃度等來滅活該酶。一般情況下， 25-37℃反應5-10分鐘，可以滅活99%以上的酶。為了避免酶恢復活性、再次激活，保持低濃度還原劑，如0.1-0.5 mM DTT或TCEP，或延長滅活反應時間。

3. 去除

HL-SAN的pI是9.6，能夠緊密結合陽離子交換柱。在pH 9.0條件下用0.2M鹽沖洗，柱子的流出液/廢液中只有不到0.02%酶脫落。需要注意的是，不推薦使用陰離子交換柱去除HL-SAN，因為HL-SAN的糖基化修飾會結合到柱子上。

Figure 3. HL-SAN緊密結合在SP-sepharose柱子上（體系是0.2 M鹽濃度，pH 9.0）。

應用實例：

高效去除人體DNA (99.99%)干擾、快速檢測下呼吸道感染（LRIs）病原

呼吸道感染（RIs）病原的快速檢測一直是醫療中亟待解決的問題。RIs樣本類型眾多并且病原含量差別很大，同時帶有大量的人體細胞，因此搭建一套快速、高效的樣本處理系統對于通過高通量測序進行病原檢測至關重要。

2019年Nature Biotechnology文章報道了如下流程。為了盡可能去除宿主DNA、提高檢測靈敏度，在優化實驗的人體宿主細胞去除、微生物DNA提取和nanopore測序等三個步驟都做了對應的優化，比如宿主DNA去除時找到了合適濃度的saponin（2.2%），HL-SAN步驟由兩步減為一步，清洗步驟縮減為2次。從拿到樣本到建庫完成縮短至6hr，且在較終檢測中達到了96.6%的敏感性和100%的特異性。

Figure 4. Nanopore宏基因組快檢流程。

酶學特征

來源：Pichia pastoris

酶比活：≥1.75 x 10^5 Units/mg

酶活定義：在37℃，25mM Tris-HCl，pH8.5 (25℃)，5mM MgCl2，500mM NaCl反應體系中，一個單位的HL-SAN在30分鐘內消化50 µg/ml的小牛胸腺DNA（Sigma， D-1501），產生OD260nm處1A的吸光值變化。

特異性：非特異性內切核酸酶，能夠將單鏈及雙鏈的DNA及RNA，消化成5個堿基為主的寡核苷酸oligos。

酶活條件：（Effective是指活性在較優活性10%以上的條件范圍）

References

Nanoporemetagenomics enables rapid clinical diagnosis of bacterial lower respiratory infection.

Charalampous T, Kay GL, Richardson H, Aydin A, Baldan R., Jeanes C, Rae D, Grundy S, Turner DJ, Wain J, Leggett RM, Livermore DM, O’Grady J. Nature Biotechnology. 2019; 37: 783–792.

A Structured Workflow for Mapping Human Sin3 Histone Deacetylase Complex Interactions Using Halo-MudPIT Affinity-Purification Mass Spectrometry. Banks CAS, Thornton JL, Eubanks CG, Adams MK, Miah S, Boanca G, Liu X, Katt M, Parmely T, Florens LA, Washburn MP. Molecular & Cellular Proteomics. 2018; 17 (7): 1432-1447.

Recombinant expression and purification of an ATP-dependent DNA ligase from Aliivibrio salmonicida. Williamson A, Pedersen H. Protein Expr Purif. 2014; 97: 29-36.

Cutting-edge enzymes from Norway 來自挪威酶類

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